Amplificatorul cu Bază comună este un alt tip de configurație cu tranzistor bipolar cu joncțiune (BJT), în care terminalul Bază al tranzistorului este un terminal comun pentru ambele semnale de intrare și ieșire, de aici numele său de bază comună (CB). Configurația cu bază comună este mai puțin obișnuită ca amplificator decât în ​​comparație cu cele mai populare configurații de emitor comun (CE) sau colector comun (CC), dar este încă folosită datorită caracteristicilor sale unice de intrare/ieșire.

Pentru ca să funcționeze ca amplificator, semnalul de intrare este aplicat terminalului Emitor, iar ieșirea este preluată de la terminalul Colector. Astfel, curentul de emitor este și curent de intrare, iar curentul de colector este și curent de ieșire, dar întrucât tranzistorul este un dispozitiv de două joncțiuni- pn cu trei straturi, trebuie să fie corect polarizat pentru ca acesta să funcționeze ca un amplificator cu bază comună. Adică joncțiunea bază-emitor este polarizată direct.

Considerați configurația de bază a amplificatorului cu bază comună de mai jos.

Amplificator cu bază comună folosind un tranzistor NPN

Atunci putem vedea din configurația cu bază comună că variabilele de intrare se referă la curentul de emitor IE și tensiunea bază-emitor VBE, în timp ce variabilele de ieșire se referă la curentul de colector IC și tensiunea colector-bază VCB.

Deoarece curentul de emitor IE este, de asemenea, curentul de intrare, orice modificare a curentului de intrare va crea o modificare corespunzătoare a curentului de colector IC. Pentru o configurație de amplificator cu bază comună, câștigul de curent Ai este dat ca iOUT/iIN care în sine este determinat prin formula IC/IE. Câștigul de curent pentru o configurație CB se numește Alpha, (α).

Într-un amplificator BJT curentul de emitor este întotdeauna mai mare decât curentul de colector întrucât IE = IB + IC, câștigul de curent (α) al amplificatorului trebuie, prin urmare, să fie mai mic decât unu (unitatea), întrucât IC este întotdeauna mai mic decât IE cu valoarea IB. Astfel, amplificatorul CB atenuează curentul, cu valori tipice de alfa cuprinse între 0,980 și 0,995.

Relația electrică dintre cei trei curenți ai tranzistorului poate fi arătată pentru a da expresiile pentru alfa, α și Beta, β ca mai jos.

Câștigul de curent al amplificatorului cu baza comună

Prin urmare, dacă valoarea Beta a unui tranzistor cu joncțiune bipolar standard este 100, atunci valoarea Alpha ar fi dată ca: 100/101 = 0,99.

Câștigul de tensiune al amplificatorului cu bază comună

Deoarece amplificatorul cu bază comună nu poate funcționa ca un amplificator de curent (Ai ≅ 1), prin urmare, acesta trebuie să aibă capacitatea de a funcționa ca un amplificator de tensiune. Câștigul de tensiune pentru amplificatorul cu bază comună este raportul dintre VOUT/ VIN, care este tensiunea de colector VC la tensiune de emitor VE. Cu alte cuvinte, VOUT = VC și VIN = VE.

Deoarece tensiunea de ieșire VOUT este dezvoltată pe rezistența de colector, RC, tensiunea de ieșire trebuie să fie deci o funcție de IC, ca în Legea lui Ohm, VRC = IC*RC. Deci, orice schimbare în IE va avea o schimbare corespunzătoare în IC.

Atunci putem spune pentru o configurație a amplificatorului cu bază comună că:

Deoarece IC/IE este alfa, putem prezenta câștigul de tensiune al amplificatoarelor ca:

Prin urmare, câștigul de tensiune este mai mult sau mai puțin egal cu raportul dintre rezistența de colector și rezistența de emitor. Dar, există o singură joncțiune de diodă-pn într-un tranzistor cu joncțiune bipolar între terminalele bază și emitor dând naștere la ceea ce se numește rezistența dinamică a emitorului tranzistorului, r'e.

Câștigul de curent este aproximativ egal cu unu deoarece IC ≅ IE, atunci ecuația câștigului de tensiune se simplifică la:

Deci, dacă de exemplu, 1mA de curent curge prin joncțiunea emitor-bază, impedanța sa dinamică ar fi de 25mV/1mA = 25Ω. Câștigul de tensiune, AV pentru o rezistență de sarcină în colector de 10 kΩ ar fi: 10.000/25 = 400, iar cu cât mai mult curent curge prin joncțiune, cu atât devine mai mică rezistența sa dinamică și mai mare câștigul de tensiune.

De asemenea, cu cât este mai mare valoarea rezistenței de sarcină, cu atât este mai mare câștigul de tensiune al amplificatorului. Dar, un circuit practic de amplificator cu bază comună este puțin probabil să utilizeze un rezistor de sarcină mai mare de aproximativ 20 kΩ cu valori tipice ale gamei de câștig de tensiune de la circa 100 la 2000, în funcție de valoarea RC. Rețineți că câștigul de putere al amplificatoarelor este aproximativ același cu câștigul de tensiune.

Deoarece câștigul de tensiune al amplificatorului cu bază comună depinde de raportul a două valori rezistive, rezultă, prin urmare, că nu există o inversare de fază între emitor și colector. Astfel, formele de undă de intrare și ieșire sunt „în fază” una cu cealaltă arătând că amplificatorul cu bază comună este configurație de amplificator ne-inversor.

Câștigul de rezistență al amplificatorului cu bază comună

Una dintre caracteristicile interesante ale circuitului amplificator cu bază comună este raportul dintre impedanțele sale de intrare și ieșire care dau naștere la ceea ce este cunoscut sub numele de Câștig de rezistență al amplificatoarelor, proprietatea fundamentală care face posibilă amplificarea. Am văzut mai sus că intrarea este conectată la emitor și ieșirea este prelevată de la colector.

Între terminalul de intrare și masă există două posibile căi rezistive paralele. Una prin rezistența de emitor, RE la masă și cealaltă prin r'e și terminalul Bază la masă. Astfel, putem spune privind spre emitor cu baza la masă că: ZIN = RE||r'e.

Dar, deoarece rezistența dinamică a emitorului, r'e este foarte mică în comparație cu RE (r'e≪RE), rezistența dinamică internă a emitorului, r'e domină ecuația, rezultând o impedanță de intrare scăzută aproximativ egală cu r'e.

Deci, pentru configurația cu bază comună, impedanța de intrare este foarte scăzută și depinde de valoarea impedanței sursei, RS conectată la terminalul emitor, valorile impedanței de intrare pot varia între 10 Ω și 200 Ω. Impedanța scăzută de intrare a circuitului amplificator cu bază comună este unul dintre motivele principale ale aplicațiilor sale limitate ca amplificator cu un singur etaj.

Impedanța de ieșire a amplificatorului CB, totuși, poate fi ridicată în funcție de rezistența de colector utilizată pentru a controla câștigul în tensiune și rezistența de sarcină conectată extern, RL. Dacă o rezistență de sarcină este conectată la terminalul de ieșire al amplificatorului, ea este conectată efectiv în paralel cu rezistența de colector, atunci ZOUT = RC || RL.

Dar dacă RL este foarte mare în comparație cu RC, atunci rezistența de emitor va domina ecuația rezultând într-o impedanță moderată de ieșire aproximativ egală cu RC, deci impedanța de ieșire privită înapoi spre terminalul Colector ar fi pur și simplu: ZOUT = RC.

Întrucât impedanța de ieșire a amplificatorului privită înapoi spre terminalul Colector poate fi foarte mare, circuitul cu bază comună operează aproape ca o sursă de curent ideală, preluând curentul de intrare din partea cu impedanță de intrare mică și trimitând curentul către partea cu impedanță de ieșire ridicată. Prin urmare, circuitul cu bază comună este denumit și ca buffer de curent sau repetor de curent.

Rezumat Amplificatorul cu bază comună

Am văzut aici în acest tutorial despre amplificatorul cu bază comună că are un câștig de curent (alfa) de aproximativ unu (unitate), dar și un câștig de tensiune care poate fi foarte mare, cu valori tipice cuprinse între 100 și peste 2000, în funcție de valoarea rezistorului de colector RL utilizat.

Am văzut de asemenea că impedanța de intrare a circuitului amplificator este foarte mică, dar impedanța de ieșire poate fi foarte mare. Am mai spus că amplificatorul cu bază comună nu inversează semnalul de intrare, deoarece este o configurație de amplificator neinversor.

Datorită caracteristicilor sale de impedanță intrare-ieșire, aranjamentul de amplificator cu bază comună este extrem de util în aplicațiile de frecvențe audio și radio ca un buffer de curent pentru a se adapta o sursă cu impedanță mică la o sarcină cu impedanță mare sau ca un amplificator cu un singur etaj, ca parte a unei configurații în cascadă sau multi-etaj, unde este utilizat un etaj de amplificare pentru a comanda un altul.